Ce caracteristici de îmbătrânire ar trebui luate în considerare la proiectarea circuitelor cu condensatoare electrolitice din aluminiu pentru dispozitive de montare la suprafață?

Scăderea capacității în timp
Condensatori electrolitici din aluminiu SMD prezintă o treaptă reducerea capacității pe durata de viață a acestora datorită modificărilor chimice și fizice din stratul de electrolit și oxid dielectric. Stratul de oxid se poate subțire ușor, iar electrolitul se poate usca sau se poate degrada chimic, provocând o scădere măsurabilă a capacității. Această scădere este de obicei progresivă și poate varia de la 10% la 20% în mii de ore de funcționare, în funcție de condițiile de funcționare, cum ar fi temperatura, tensiunea și curentul de ondulare. Proiectanții trebuie să ia în considerare acest lucru selectând un condensator cu o capacitate inițială puțin mai mare decât minimul necesar pentru aplicație, pentru a se asigura că circuitul continuă să îndeplinească cerințele funcționale chiar și pe măsură ce condensatorul îmbătrânește. O reducere adecvată a puterii și luarea în considerare a duratei de viață estimate pot preveni performanța insuficientă în aplicațiile de filtrare, decuplare sau stocare a energiei.

Creșterea rezistenței în serie echivalentă (ESR)
De-a lungul timpului, ESR al condensatorilor electrolitici din aluminiu SMD tinde să crească datorită uscării electrolitului, degradării chimice și modificărilor conexiunii interne a foliilor de aluminiu. ESR crescut poate reduce eficiența circuitelor de alimentare, poate provoca încălzire localizată și poate limita capacitatea condensatorului de a gestiona eficient curenții de ondulare. În sursele de alimentare cu comutare de înaltă frecvență sau în convertoarele DC-DC, chiar și creșterile mici ale ESR pot afecta reglarea tensiunii, suprimarea ondulației și performanța termică generală. Proiectanții de circuite ar trebui să aleagă condensatori cu o marjă ESR inițială scăzută pentru a face față acestei creșteri treptate și să asigure un design termic și un aspect adecvat pentru a disipa orice căldură suplimentară generată de ESR mai mare pe durata de viață a condensatorului.

Variația curentului de scurgere
Condensatorii electrolitici din aluminiu SMD experimentează o treaptă creșterea curentului de scurgere pe măsură ce electrolitul se deteriorează și stratul dielectric devine mai puțin ideal. În timp ce curentul de scurgere este în general scăzut, acesta poate afecta circuite sensibile, cum ar fi temporizatoarele de curent scăzut, sistemele alimentate cu baterii sau circuitele analogice de precizie, unde chiar și scurgerile minore pot duce la deviația de tensiune sau pierderea de energie. Proiectanții trebuie să țină seama de posibilele creșteri ale scurgerilor în timp și, dacă este necesar, să includă compensarea circuitului, rezistențele de protecție sau monitorizarea pentru a se asigura că scurgerile pe termen lung nu compromit performanța circuitului sau fiabilitatea dispozitivului.

Îmbătrânirea dependentă de temperatură
The rata de îmbătrânire a condensatorului este foarte dependentă de temperatura de funcționare . Temperaturile mai ridicate accelerează reacțiile chimice în interiorul electrolitului, ducând la uscare mai rapidă, creșterea ESR și reducerea mai rapidă a capacității. O regulă generală comună este că fiecare creștere cu 10°C peste temperatura nominală de funcționare poate înjumătăți aproximativ durata de viață estimată a condensatorului. Proiectanții trebuie să aleagă condensatori cu o temperatură mai mare decât temperatura maximă de funcționare așteptată, să ofere un management termic adecvat al PCB-ului și să ia în considerare fluxul de aer sau radiatoarele pentru a atenua îmbătrânirea accelerată și pentru a menține caracteristicile electrice constante pe durata de viață a dispozitivului.

Efectele tensiunii de tensiune
Expunerea continuă la tensiuni apropiate de maximul nominal poate accelera îmbătrânirea și poate contribui la degradarea electroliților, la defecțiunea dielectrică și la creșterea curentului de scurgere. Operarea unui condensator ușor sub tensiunea sa nominală - de obicei cu a Derating de tensiune de 20–30%. -reduce stresul asupra dielectricului și electrolitului, încetinind degradarea chimică și creșterea ESR. Reducerea tensiunii este deosebit de critică în aplicațiile cu ondulație mare sau cu tensiune în impulsuri, deoarece vârfurile tranzitorii pot accelera și mai mult îmbătrânirea și pot reduce durata de viață dacă nu sunt gestionate corespunzător prin protecția circuitului sau selectarea condensatorului.

Tensiuni mecanice și considerații la nivel de placă
Tensiunile mecanice, cum ar fi flexiunea PCB, ciclurile termice și vibrațiile, pot exacerba efectele de îmbătrânire în condensatorii electrolitici din aluminiu SMD. Expansiunea și contracția repetată a corpului condensatorului sau a îmbinărilor de lipit poate duce la micro-fisuri în foliile interne sau dielectrice, impactând capacitatea și ESR. Proiectanții ar trebui să asigure tehnici de lipire adecvate, să selecteze condensatori robusti pentru medii cu stres ridicat și să ofere suport mecanic adecvat sau căptușeală acolo unde sunt așteptate vibrații sau cicluri termice. Acest lucru este deosebit de important în aplicațiile auto, industriale sau aerospațiale în care fiabilitatea în condiții dinamice este critică.